Гравитационные волны подтвердили теорему Хокинга: горизонт событий черных дыр никогда не уменьшается

Ученые «услышали» рост черных дыр при слиянии с помощью детектора гравитационных волн.

14 января детектор LIGO (Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) зафиксировал слияние двух черных дыр, образовавших одну гигантскую. Это открытие стало самым убедительным подтверждением теории, выдвинутой Стивеном Хокингом более 50 лет назад: площадь горизонта событий черной дыры не может уменьшаться.

Исследование, опубликованное 10 сентября в журнале Physical Review Letters, возглавил Адриан Г. Абак из Института гравитационной физики Макса Планка (Германия). Ученые подтвердили, что суммарная площадь поверхности двух исходных черных дыр составляла около 243 000 км² (сравнимо с территорией Орегона), а после слияния новая черная дыра заняла 400 000 км² (как Калифорния). Это прямо согласуется со вторым законом термодинамики черных дыр Хокинга, согласно которому энтропия (и, следовательно, площадь горизонта) может только возрастать.

Космическая рябь и эволюция LIGO

Гравитационные волны — это искажения пространства-времени, порождаемые колоссальными событиями, например, столкновениями черных дыр. Первое их обнаружение в 2015 году подтвердило предсказания Эйнштейна. За 10 лет технология LIGO значительно улучшилась: если раньше слияния фиксировались раз в месяц, то сейчас — каждые три дня.

«Гравитационные волны позволяют изучать черные дыры как термодинамические объекты. Их энтропия связана с площадью горизонта, что приближает нас к пониманию квантовой природы этих загадочных тел», — пояснил соавтор работы Максимилиано Иси из Колумбийского университета.

«Звон» новой черной дыры

Во время события GW250114 исследователи зафиксировали «затухающий звон» (ringdown) — колебания пространства-времени после слияния. Этот феномен, аналогичный звуку удара по колоколу, позволил измерить параметры конечной черной дыры.
«Как и предсказывал Рой Керр в 1960-х, объединенная черная дыра обладает уникальной симметрией: ее масса и вращение полностью определяют свойства», — отметила Катерина Хатзианну из Caltech.

Будущее гравитационной астрономии

Сейчас в коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA участвуют детекторы в США, Европе и Японии. К 2030 году к ним присоединится LIGO-Индия, что повысит точность локализации источников волн.
В перспективе — создание Cosmic Explorer (США) с 40-километровыми «рукавами» (против 4 км у LIGO) и подземного Телескопа Эйнштейна в Европе. Эти проекты позволят услышать древнейшие слияния черных дыр, произошедшие спустя мгновения после Большого взрыва.

Открытие не только подтвердило теоретическое наследие Хокинга, но и открыло новые пути для изучения квантовой гравитации. Как метко выразился Иси: «Вселенная словно напоминает нам, что ее законы столь же элегантны, сколь и неотвратимы». Следующие десятилетия обещают революцию в понимании темной стороны космоса.